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专利号: 2022100635220
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.深部含瓦斯煤体失稳灾变时的顶板弹性能贡献率估算方法,其特征是,包括以下步骤:

第一步,分别获取含瓦斯煤层瓦斯压力p、厚度hC及顶板厚度hR;

第二步,对含瓦斯煤层及顶板分别进行取芯,加工成圆柱形或矩形标准试件,通过力学试验获得顶板弹性模量ER及瓦斯压力p影响下的煤层弹性模量EC;

第三步,煤岩组合体标准试件的制备及预处理;

第四步,对制备好的煤岩组合体标准试件在瓦斯压力p下进行力学测试,分别获取组合体标准试件的弹性模量Ez、岩石的第一应力‑应变曲线及组合体标准试件的第二应力‑应变曲线;其中,hR与hC、ER与EC及Ez与ER满足关系式(I):式(I)中,m>0且n>0,λ为修正系数且0<λ≤1;

第五步,将第一应力‑应变曲线、第二应力‑应变曲线绘制于同一坐标系下分析并估算顶板弹性能贡献率β,具体估算方法为:第5.1分步,计算煤岩组合体释放的弹性能;

在组合体标准试件的第二应力‑应变曲线中,以组合体峰值对应点为组合体弹性能释放起始点,以组合体残余强度对应点为组合体弹性能释放结束点,过起始点作平行于组合体弹性模量的直线I,过起始点作垂直于横轴的直线II,过结束点作平行于横轴的直线III并与第一应力‑应变曲线相交,直线I、直线II及直线III围成的面积为组合体释放的弹性能;

第5.2分步,计算顶板释放的弹性能;

过组合体峰值对应点作平行于横轴直线与岩石的第一应力‑应变曲线相交,交点为顶板弹性能释放起始点,过组合体残余强度对应点作平行于横轴直线与岩石的第一应力‑应变曲线相交,交点为顶板弹性能释放结束点,过顶板弹性能释放起始点作平行于顶板弹性模量的直线IV,过顶板弹性能释放起始点作垂直于横轴的直线V,直线III、直线IV及直线V围成的面积为顶板释放的弹性能;

第5.3分步,估算顶板弹性能贡献率;

顶板释放的弹性能与组合体释放的弹性能之比为顶板弹性能贡献率β;

第六步,根据第五步的估算方法并结合式(I),获得顶板弹性能贡献率β的定量表达式:

式(II)为通过估算获得的深部含瓦斯煤体失稳灾变时的顶板弹性能贡献率。

2.根据权利要求1所述深部含瓦斯煤体失稳灾变时的顶板弹性能贡献率估算方法,其特征是,所述第二步通过力学试验获得瓦斯压力p影响下的煤层弹性模量EC,具体测试方法为:在制备好的标准煤样试件底面中心开设钻孔,其中钻孔设定深度为3‑5mm,直径为1‑

2mm;将倒T形注气套件嵌入煤样试件底部开设的钻孔中并封孔,同时将煤样试件底部与注气套件的接触面密封,之后装入耐高压密封腔体,抽真空,充入压力为p的瓦斯并吸附平衡,利用刚性试验机在设定加载速率下加载直至煤样试件破坏,同步记录煤样试件的应力和应变,应力除以应变得到煤层弹性模量。

3.根据权利要求1所述深部含瓦斯煤体失稳灾变时的顶板弹性能贡献率估算方法,其特征是,所述第三步煤岩组合体标准试件的制备及预处理,具体为:按照煤岩高度比加工纯煤、纯岩试件并将试件表面打磨;在每个煤体试件底面中心开设钻孔,其中钻孔设定深度为

3‑5mm,直径为1‑2mm,将倒T形注气套件嵌入煤样试件底部开设的钻孔中并封孔,同时将煤样试件底部与注气套件的接触面密封;在每个岩石试件底面粘贴超薄透明聚乙烯薄膜,同时在每个岩石试件侧面中部等间距粘贴三组应变片;将粘贴有超薄透明聚乙烯薄膜的岩石底面与煤体试件上端面用强力胶粘接为一个整体;将制备好的煤岩组合体标准试件侧面及上端面均匀涂抹705#硅胶并干燥备用。

4.根据权利要求1‑3任意一项所述深部含瓦斯煤体失稳灾变时的顶板弹性能贡献率估算方法,其特征是,所述第四步对制备好的煤岩组合体标准试件在瓦斯压力p下进行力学测试,具体测试方法为:将经过所述第三步处理后的试件装入耐高压密封腔体,抽真空,充入压力为p的瓦斯并吸附平衡,利用刚性试验机在设定加载速率下加载直至试件破坏,同步记录组合体标准试件整体的应力应变及组合体标准试件中岩石的应变。